本书主要围绕液化天然气（LNG）混合制冷剂液化工艺及贮运工艺中所涉及的主要低温装备，研究开发LNG 工艺流程中主要液化换热装备的设计计算技术，主要包括LNG 低温液化混合制冷剂多股流缠绕管式主换热装备、LNG低温液化混合制冷剂多股流板翅式换热装备、表面蒸发空冷器、开架式气化器、低温液氮洗用多股流缠绕管式换热器等设计计算技术，为LNG液化、LNG换热等关键环节中所涉及的主要设备的设计计算提供可参考样例，并推进LNG系列液化装备及系统工艺技术的标准化及国产化进程。
本书不仅可供液化天然气（LNG）、化工机械、制冷及低温工程、石油化工、动力工程及工程热物理等领域的研究人员、设计人员和工程技术人员参考，还可供高等学校化工机械、能源化工、石油化工、低温与制冷工程、动力工程等专业的师生参考。

张周卫，兰州交通大学，教授，男，国家“万人计划”领军人才，国家 级创新创业人才，国家科技专家库专家，环境科学博士后，动力工程及工程热物理博士，毕业于西安交通大学能源与动力工程学院制冷及低温工程系，高级工程师，教授，主要从事空间低温制冷技术、压缩机械、真空低温设备、LNG过程控制装备、多股流缠绕管式换热装备、螺旋压缩膨胀制冷机等研究，涉及系统耦合传热及传热数值模拟计算，低温节流减压装置、低温系统换热装备、低温冷屏蔽系统、高超声速飞行器空间低温制冷机理研究等；先后参与北京航空航天大学863系统项目子项目“天然气涡旋压缩机”、清华大学航天航空学院973系统子项目“空间气流组织测试模拟环境室”、总装备部“空间低温红外辐射冷屏蔽系统研究”、真空低温国防重点实验室“空间低温流体流动特性实验研究”、国家重点实验室“空间低温流体自密封加注系统研究”等，先后参与国家 级项目20多项，主持国家自然基金及国家创新基金等6项、甘肃省创新基金4项、甘肃省自然基金等项目4项，与企业合作4项等；主持申报发明专利46项，发表论文30多篇，出版学术专著3部等；带领创新创业团队获得省级二等以上奖励54人次，厅级以上奖励80多人次，2013年入选江苏省启东市“东疆英才扶持计划”，2014年入选“国家创新人才推进计划”，2016年入选国家“特殊人才支持计划”。

第1章绪论
1.1LNG应用领域/001
1.2LNG工厂国内外发展现状/002
1.2.1国外发展及现状/002
1.2.2国内发展及现状/003
1.3LNG产业链/003
1.4LNG产业链各环节主要工艺概述/004
1.4.1LNG净化工艺/004
1.4.2LNG液化工艺/006
1.4.3LNG接收站工艺/009
1.4.4LNG加气站工艺流程/010
1.5LNG主要装备技术/011
参考文献/011

第2章LNG缠绕管式换热器设计计算
2.1LNG多股流低温缠绕管式换热器/012
2.1.1缠绕管式换热器设计计算路线/012
2.1.2MCHE型LNG液化工艺描述/013
2.1.3LNG缠绕管式换热器设计原则/020
2.2缠绕管式换热器换热工艺计算/021
2.2.1换热工艺计算主要内容/021
2.2.2缠绕管式换热器的制冷过程温熵图的绘制/030
2.2.3制冷装备通过真空层向外界辐射散热量的计算/035
2.2.4一级制冷装备传热及管束结构参数计算过程/036
2.2.5二级制冷装备传热及管束结构参数计算过程/048
2.2.6三级制冷装备传热及管束结构参数计算过程/051
2.3缠绕管式换热器结构设计计算/054
2.3.1内筒的强度设计计算/054
2.3.2换热管规格及选型/058
2.3.3管板设计/059
2.3.4法兰与垫片/059
2.3.5保温层及保温材料选择/062
2.3.6开孔补强计算/062
2.3.7中心筒的强度校核/076
2.4塔的强度设计/077
2.4.1塔壳（外筒）的强度计算/077
2.4.2塔的质量载荷计算/082
2.4.3塔的自振周期计算/084
2.4.4地震载荷和地震弯矩的计算/084
2.4.5风载荷和风弯矩计算/087
2.4.6计算各截面的最大弯矩/088
2.4.7塔壳稳定校核/090
2.4.8裙座稳定计算/091
2.4.9地脚螺栓座计算/093
2.4.10裙座与塔壳对接连接焊缝的验算/096
2.4.11设计总汇/097
2.4.12塔器设计主要符号说明/097
2.5本章小结/098
参考文献/098

第3章LNG板翅式换热器设计计算
3.1板翅式换热器简介/101
3.1.1板翅式换热器国内外发展/101
3.1.2板翅式换热器的构造及工作原理/102
3.1.3基于PFHE的LNG液化系统/102
3.1.4基于板翅式换热器的混合制冷剂制冷系统/102
3.1.5液化天然气工艺流程操作及控制/103
3.2板翅式换热器的工艺计算/103
3.2.1板翅式换热器的工艺设计过程/103
3.2.2混合制冷剂参数确定/103
3.2.3基于板翅式换热器的LNG液化流程/104
3.2.4LNG工艺计算过程/105
3.2.5板翅式换热器传热系数、传热面积计算及板束排列及压力降计算/113
3.3板翅式换热器结构设计/139
3.3.1封头设计/139
3.3.2液压试验/144
3.3.3接管确定/146
3.3.4接管补强/149
3.3.5法兰与垫片选择/158
3.3.6隔板导流片封条的选择/161
3.3.7换热器的成型安装/163
参考文献/164

第4章表面蒸发空冷器设计计算
4.1空冷技术概述/166
4.1.1国外空冷技术发展概况/167
4.1.2我国空冷技术发展概况/167
4.1.3工作原理/169
4.1.4蒸发空冷器的特点/169
4.1.5亲水膜/170
4.2空冷器的设计计算/170
4.2.1空冷器的设计计算方法和步骤/170
4.2.2详细计算/175
4.3喷淋系统的设计/198
4.3.1喷头的选用/198
4.3.2喷淋水质的要求/198
4.3.3喷淋系统/198
4.4管束结构与计算/201
4.4.1管束的布管设计/201
4.4.2管箱结构形式/201
4.4.3管束材料/202
4.4.4管束支撑梁的计算/202
4.4.5管束定距结构/208
4.4.6丝堵式焊接矩形管箱的设计计算/209
4.5构架/215
4.5.1构架的型式与参数/215
4.5.2构架载荷的计算/217
4.5.3构架材料选用的一般原则/219
4.6百叶窗/219
4.6.1叶窗的用途/219
4.6.2百叶窗的安装方式/220
4.6.3一般要求/220
4.6.4百叶窗的结构/220
4.7风机的选用/220
4.7.1风机的选型方法/220
4.7.2通风机选型的一般步骤/221
4.7.3轴流式通风机/222
4.7.4性能参数表/222
4.7.5离心式通风机/223
4.7.6风机型式及传动方式/224
4.7.7离心通风机的安装与使用/225
4.7.8通风机噪声/226
4.8空冷器的防冻设计/227
4.8.1确定防冻设计依据/227
4.8.2热损失和防冻要求/227
4.8.3计算最低的管壁温度/227
参考文献/228

第5章开架式气化器设计计算
5.1概述/230
5.1.1背景及意义/230
5.1.2开架式气化器结构和工作原理/230
5.1.3LNG组分及物性/231
5.1.4设计基本参数/231
5.2气化器换热计算/232
5.2.1气化器传热面积的确定/232
5.2.2气化器的气化能力的确定/232
5.2.3气化单位质量液化天然气所需的热量/232
5.2.4气化器的传热系数的确定/233
5.2.5开架式气化器结构尺寸的确定/247
5.3LNG开架式海水气化器设计选材/248
5.3.1气化器概述/248
5.3.2影响气化器选材的因素/249
5.3.3材料传热性能/249
5.3.4材料低温性能/249
5.3.5材料耐腐蚀性能/249
5.3.6常用材料性能比较/250
5.3.7气化器材料选择/250
5.4开架式气化器的海水分布装置/251
5.4.1海水水质的基本要求/251
5.4.2海水分布装置结构/251
5.5LNG换热管道裂纹及腐蚀/252
5.5.1工作环境及工况说明/252
5.5.2开架式气化器基本结构/253
5.5.3LNG换热管道裂纹分析/253
5.5.4传热管开裂成因及解决方案/254
5.6LNG管道腐蚀及应力计算/254
5.6.1铝合金应力腐蚀性能/254
5.6.2铝合金点蚀对应力集中系数影响/255
5.6.3点蚀数目和最深点蚀位置的影响/256
5.6.4点蚀系数对应力集中系数的影响/256
5.7法兰设计/257
5.7.1螺栓法兰连接设计内容/257
5.7.2本设计采用窄面整体法兰/257
5.7.3整体法兰计算/258
参考文献/260

第6章低温液氮洗用多股流缠绕管式换热器
6.1设计方案及流程/262
6.1.1液氮洗工序生产流程图/262
6.1.2设计工艺参数/264
6.1.3缠绕管换热器设计计算过程/264
6.2氮气及制冷剂的状态计算/265
6.2.1高压氮气冷却器的设计/265
6.2.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算/266
6.2.3壳侧界膜换热系数的计算/270
6.2.4管侧界膜换热系数的计算/272
6.2.5传热温差计算（利用对数平均温差法计算）/276
6.2.6管侧压力损失/278
6.2.7壳侧压力损失/279
6.3一号原料气体冷却器的设计计算过程/280
6.3.1一号原料气体冷却器螺旋管的确定/280
6.3.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算/282
6.3.3壳侧界膜热导率的计算/286
6.3.4管侧界膜热导率的计算/286
6.3.5传热温差计算/291
6.3.6管内侧压力损失/293
6.3.7壳侧压力损失/295
6.4二号原料气体冷却器的设计计算过程/296
6.4.1二号原料气体螺旋管的确定/296
6.4.2缠绕管换热器壳程有效面积的计算/297
6.4.3壳侧界膜热导率的计算/300
6.4.4管侧界膜热导率的计算/302
6.4.5传热温差计算/306
6.4.6管内侧压力损失/308
6.4.7壳侧压力损失/310
6.5换热器机构设计与强度计算/311
6.5.1内筒的强度计算/311
6.5.2外筒（塔壳）的强度计算/316
6.5.3中心筒的强度校核/320
6.5.4管板设计/322
6.5.5法兰与垫片/322
参考文献/326

致谢
附录混合制冷剂物性参数表